復雜巖層溜井修復治理

趙海洋

（西藏華泰龍礦業開發有限公司 拉薩 850200）

引言

某礦山一條溜井，設計凈直徑Φ4.0m，儲礦段凈直徑Φ6m,井深161.038m，距地表軌面固定式礦車翻籠卸礦站深度為19.475m，該溜井從上至下結構依次為：

（1）10m3固定式礦車翻籠卸礦站基礎梁：為鋼筋混凝土結構，通過300mm 厚樓板與翻籠卸載站混凝土框架相連。

（2）翻籠卸載緩沖坑：緩沖坑凈尺寸為長×寬×深=7.2×2.2×5.0m3，采用400mm 厚鋼筋混凝土支護，緩沖坑四周及底板礦石沖擊部位均襯有鋼板，其中兩側面及底面直接沖擊部位采用50mm 厚ZGMn13 高錳鋼襯板，兩端面采用20mm厚Q345b鋼襯板。

（3）中心落礦結構：為鋼筋砼結構，亦作為溜井鎖口，上段開口凈尺寸為2.2×2.2m方形，高度為2m。

（4）溜井井頸段：高度共10m，為鋼筋混凝土結構，凈直徑Φ4000mm，厚度400mm，上段5m 內襯20mm厚Q345b鋼襯板。

（5）溜井正常段：凈直徑Φ4m，高度124m。設計為裸井，后考慮施工安全，變更設計為50mm素噴。

（6）礦倉段：喇叭口高度1.732m，礦倉高度15m，共16.732m。礦倉凈直徑Φ6.0m，采用400mm厚鋼筋混凝土支護，礦倉下部8m高度內襯50mm厚ZGMn13高錳鋼襯板。

另外，原礦轉運系統回風井（凈直徑Φ3.0m）距卸載站軌面約142m 處通過溜井檢查平巷與溜井貫通。兩條溜井檢查道作為該溜井生產維護及檢修、堵塞處理等的通道。

1 溜井井壁破壞及地面塌陷現狀

（1）溜井井壁破壞及地面塌陷示意詳見附圖1。經測量塌陷坑上表面面積約為108m2，下表面面積約為4m2，深度約為38m，塌陷體方量約為1682.9m3。

（2）距離井口38.2m以下井筒基本完好，無破損。

（3）通過對塌陷區構筑物（立柱、軌道面）每日實施監測，縱向位移均在誤差范圍內，無明顯沉降現象。

2 溜井井壁破壞及地面塌陷原因分析

通過現場坍塌實際情況分析，其產生的破壞機理比較復雜，并非由單一的某個因素引起，而是由井筒周圍的工程地質條件、放礦過程中礦石對井壁的沖擊、井筒結構，以及地面降水等因素長期綜合作用的結果。

溜井塌陷方向井筒或存在近地表的小溶洞或破碎帶，隨著井筒的不斷刷大，加之翻籠卸下的礦石沖刷此處井壁破碎巖體后，逐漸垮塌（逐步垮冒的井壁破碎圍巖混入溜井礦石進入選礦流程，因此出現了井內填充渣石占塌陷體方量69.52%的情況），長期作用下造成井筒與小溶洞或破碎帶逐步貫通，再加上近期雨季造成地表水滲入垮塌區域，進一步削弱了淺層回填土及溜井井壁附近破碎圍巖的自穩能力。在各因素長期綜合作用下，溜井局部破碎圍巖逐步與地表回填層垮通，形成從地表至溜井局部的垮塌自溜通道，塌陷體直井壁漏洞滑落至溜井內堆積。

具體原因分析如下：

（1）工程地質條件較差是溜井井壁破壞和地面塌陷的先天條件：巖性條件是影響溜井穩定的最主要的因素之一，完整而強度高的圍巖具有較高的抗拉、剪性能，當井筒開挖后，其卸荷松動范圍小，井壁圍巖承載能力高，抗沖擊能力也較強。而軟弱破碎的巖體不但卸載松動圈大，抗沖擊破壞的能力更低，且溜井靠近堆積邊坡，地表回填土層較松散。近地表井壁圍巖風化程度高，地表巖溶結構較發育。因而得出工程地質條件差是溜井破壞和地面塌陷的主要原因之一。

圖1 溜井井壁破壞及地面塌陷示意圖

（2）放礦沖擊載荷是溜井井壁破壞和地面塌陷的誘因：滿井放礦條件下，礦石在井筒中運動是以一種散體形式在自重作用向下流動，溜礦對井壁破壞力小。但空井狀態下礦巖是無規則的自由落體近似橢球體運動，礦巖在下落過程中對井壁沖擊很大。當沖擊力超過井壁構成的介質強度時就對井壁產生破壞。載荷沖擊破壞能量與卸礦方式、礦石硬度塊度及溜井中礦巖存儲高度等因素密切相關。根據室內與現場的大量研究，礦石下落沖擊能量與距離和速度成正比，卸礦速度快、塊度大對井壁的破壞也大。大量測定結果表明，沖擊載荷產生的第一次沖擊破壞一般在卸礦點以下40 m 的范圍內，與此溜井井壁破壞范圍（距井口27.6m～38.2m）相符。

（3）井壁的支護強度低、井壁后面可能存在溶洞或破碎帶：井筒的破壞與其支護體的強度密切相關，支護體是抵抗礦石沖擊的主體，如支護體強度高、整體性好，通常在溜礦過程中不易出現破壞。該溜井井壁破壞部位采用50mm 厚素噴層支護，50mm 素噴層僅能保證施工安全，在溜井正常放礦初期素噴層即破壞。由于溜井附近圍巖內可能存在施工過程未揭露的溶洞或破碎帶，造成井壁與圍巖體不能形成有效堅固的承載結構，井壁圍巖抗沖擊能力差。結合附近溜井治理揭露出的地質現象，溜井井壁后面可能存在的溶洞或破碎帶，為地面塌陷提供了一定的塌陷通道和空間。

（4）翻籠卸載站地表回填層結構疏松，成為塌陷體：翻籠卸載站地表3～5m 深度范圍內為回填層，其結構疏松，膠結性差，在外部荷載變化、下部空洞、地表滲水及地下水的作用下容易成為塌陷體。

3 溜井井壁破壞及地面塌陷的治理方案

針對溜井出現井壁破壞和地面塌陷的現狀，其治理方案如下：

（1）溜井礦石回填。在確定溜井沒有堵塞的前提下，拆卸井口翻車機，向溜井內填充礦石至距井口26m 高度內，即填充礦石高度超過井壁破損洞口約1m 高，使得填充礦石封堵住溜井井壁破損部位（距井口27.6m～38.2m深度范圍內）。

（2）回填處理塌陷空區。向地表塌陷空區內投放尺寸合適預先焊接好的鋼筋籠，再填充C15 混凝土覆蓋鋼筋籠，隨后用渣石填滿塌陷空區。

（3）溜井井壁修復與加固。在溜井口安裝施工井架及提升系統，先將溜井內礦石堆放到距井口軌面20m 高度左右（即溜井鋼筋砼支護與裸井的分界處），然后井底放礦，溜井內逐步下降的礦石面作為施工平臺進行井壁修復作業，實施逐層加固，每層加固高度不超過2m。采用鋼筋鋼纖維混凝土并內襯耐磨鋼板的方式進行井壁加固，支護深度至溜井第一個聯絡道口（距井口70m）。

（4）注漿加固。

4 溜井井壁破壞及地面塌陷的治理方案參數設計

4.1 溜井井壁修復

根據溜井使用的具體特點是抵抗溜放礦石的長期沖擊與摩擦，為確保溜井井壁的長期安全穩定,溜井井壁修復與加固采用現場澆注鋼筋鋼纖維混凝土并內襯耐磨鋼板形式。鋼纖維混凝土強度等級為CF30。

4.2 溜井井口帷幕注漿參數

塌落體為第四系表土層，距離井壁較近（下部與井壁相連），相對于其它部位其結構更為疏松，易于成為地表水的滲流通道，對上部表土段的井壁穩定性及滲漏水產生一定影響；為此，對塌落體進行注漿膠結。方案參數及實施步驟如下：

①下放注漿管：在塌坑中打入3～5根f50注漿管，注漿管下端1m范圍內，鉆5mm小孔10個，注漿管進入下部松渣層不小于1m，同時采取防護措施防止堵塞注漿管。注漿管上部超出地面50cm。

②塌洞廢碴充填：利用廢碴充填塌洞，充填時不得破壞注漿管。

③充填注漿：充填注漿要在井筒下部27m 破損段回填且封閉層施工養護3 天后進行。充填注漿的造漿站設在塌坑上部的公路邊坡旁，造漿站高程最好比注漿管孔口高出10m以上。

注漿材料：PO.32.5 普通硅酸鹽水泥，水泥漿的水灰比為0.8:1～1:1，每立方水泥漿中水泥配量為750～800kg。

注漿壓力：不設注漿泵，借助漿液的自重和地形高差，自溜注漿。

注漿量的控制：總注漿量控制在700m3以內，分次注漿量分15 m3、10 m3、5 m3三個檔次，前面300 m3按每次15 m3注入量控制，然后間歇2～4小時，再注入15 m3，再間歇2～4小時，依次進行。注入300 m3后按每次注10 m3入量控制，間歇要求同上。注入600 m3后按每次注5 m3入量控制，間歇要求同上。

4.3 井壁壁后注漿

壁后壓密注漿主是處理第四系表土段破損井壁修復后的壁后空區、基巖段灰巖的巖溶空區。對于表土段破損井壁修復后,井壁與圍巖（第四系溝谷沖積物）之間存在空鼓現象，這一方面不利于井壁的受力，另外井壁后面的空區將會成為地表水滲流通道，通過壁后注漿,注漿體與井壁相結合形成隔水加固體，防止地表水通過壁后空區向井內滲流。對于井筒揭露的基巖段巖溶，壁后注漿體阻斷巖溶水向井內滲透，自下而上分別對井筒掘進過程中揭露的4處巖溶進行充填和壓密注漿處理。

①注漿加固部位

表土段破損井壁壁后注漿初定為26～46m，施工過程中根據井壁的修復部位適當調整。

②注漿孔參數設計

注漿孔的直徑：表土段破損井壁修復段，預埋f25mm 注漿花管；對于基巖巖溶，采用風鉆鉆f42mm注漿孔；

注漿孔的深度：表土段注漿孔的深度進入井壁壁后不少于50cm。對于基巖巖溶段注漿孔深為1～3m，鉆孔孔深以揭露巖溶空區為終孔標準。

注漿孔數量及布設：表土段修復井壁采用單排布孔，孔間距為2m。對于基巖巖溶段，每處巖溶初步設計5孔。

③注漿材料

漿液配比參數如下：水泥為PO.32.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為1:1，水玻璃濃度為40Be，水泥漿與水玻璃的體積比為1:0.3（即水玻璃漿體積只占水泥漿體積的30%）。

④注漿壓力

注漿終壓取靜水頭壓力的約2倍，表土段破損井壁壁后注漿及井深60m 處巖溶注漿，注漿終壓為1MPa；井深130m 處巖溶注漿終壓為2.2MPa；井深140m 處巖溶注漿終壓為2.2MPa；井深160m 處巖溶注漿終壓為2.4MPa。

⑤注漿量

表土段破損井壁修復后壁后注漿按每米井筒5m3計，加固長度初定20m，預計注漿量為100m3。為防止漿液擴散距離過遠，造成無效流失，注漿時要采取間歇注漿，每注漿2m3后，間歇20秒到1分鐘。

⑥注漿施工順序：對于表土段破損井壁段的壁后注漿，必須采用自下而上的施工順序，下部注漿孔注漿過程中，上部注漿孔出現跑漿時，立即停注下部注漿孔，并及時將注漿管移接到上部的跑漿孔，進行續注。對于基巖巖溶注漿施工順序不作要求。

⑦注漿過程中的防跑漿措施

注漿過程中要密切關注井壁周圍的是否出現跑漿，特別要注意井壁的接茬部位，一旦出現跑漿，要停注，在跑漿部位采取打入木楔、綿紗，以及抹涂水泥—水玻璃雙液濃漿封堵，防止漿液浪費。對于細微跑漿，采用間歇注漿處理。

5 結論及注意事項

（1）按照如上方案對溜井經過修復治理后，此溜井已投入使用，溜井修復效果良好。

（2）“水滴石穿”，不論井壁強度多高、圍巖條件多好，井內空井放礦，井壁長期承受沖擊荷載出現破壞是必然事件。因此，溜井加固投入使用后，必須要注意放礦管理工作。

（3）溜井破壞都是從點上開始逐漸發展形成的，及時進行補強可起到事半功倍的效果。在有條件的情況下，應經常對溜井井壁進行檢查，如發現破損點，應及時進行維修。